Thiết bị laser vi chất lỏng để xử lý tấm bán dẫn

Tổng quan về Thiết bị Công nghệ Laser Microjet

Công nghệ laser microjet là một phương pháp gia công vi mô lai tiên tiến, được ứng dụng rộng rãi, kết hợp một tia nước “mỏng như sợi tóc” với một chùm tia laser. Sử dụng cơ chế dẫn hướng phản xạ toàn phần tương tự như sợi quang, tia nước truyền chính xác năng lượng laser đến bề mặt phôi. Trong quá trình xử lý, tia nước liên tục làm mát vùng tương tác và loại bỏ hiệu quả các mảnh vụn và bột được tạo ra, hỗ trợ một quy trình sạch hơn và ổn định hơn.

Là một quy trình laser lạnh, sạch và có thể kiểm soát cao, công nghệ laser microjet giảm thiểu hiệu quả các vấn đề thường gặp liên quan đến gia công laser khô, bao gồm hư hỏng do nhiệt, nhiễm bẩn và lắng đọng lại, biến dạng, oxy hóa, vết nứt siêu nhỏ và độ côn của rãnh cắt. Điều này làm cho nó đặc biệt phù hợp với các vật liệu bán dẫn cứng và giòn và các ứng dụng đóng gói tiên tiến, nơi năng suất và tính nhất quán là rất quan trọng.

Mô tả cơ bản về Gia công Laser Microjet

1) Nguồn Laser

• Laser Nd:YAG trạng thái rắn bơm bằng diode (DPSS)

• Độ rộng xung: các tùy chọn μs/ns

• Bước sóng: các tùy chọn 1064 nm / 532 nm / 355 nm

• Công suất trung bình: 10–200 W (mức định mức điển hình: 50/100/200 W)

2) Hệ thống tia nước

• Nước khử ion (DI) đã lọc, cung cấp áp suất thấp/áp suất cao khi cần thiết

• Tiêu thụ điển hình: ~1 L/h (ở áp suất đại diện là 300 bar)

• Lực tạo ra là không đáng kể: < 0.1 N

3) Vòi phun

• Phạm vi đường kính vòi phun: 30–150 μm

• Vật liệu vòi phun: sapphire hoặc kim cương

4) Hệ thống phụ trợ

• Mô-đun bơm áp suất cao

• Hệ thống xử lý và lọc nước

​

Thông số kỹ thuật (Hai cấu hình tham chiếu)

Khả năng xử lý (Tham chiếu)

• Độ nhám bề mặt: Ra ≤ 1.6 μm (Cấu hình A) / Ra ≤ 1.2 μm (Cấu hình B)

• Tốc độ khoan/mở: ≥ 1.25 mm/s

• Tốc độ cắt chu vi: ≥ 6 mm/s

• Tốc độ cắt tuyến tính: ≥ 50 mm/s

Các vật liệu áp dụng bao gồm tinh thể gallium nitride (GaN), chất bán dẫn dải rộng siêu rộng (ví dụ: kim cương, gallium oxide), vật liệu đặc biệt hàng không vũ trụ, đế gốm carbon LTCC, vật liệu quang điện, tinh thể tạo nhấp nháy, v.v.

Xử lý laser microjet

Ứng dụng của Thiết bị Công nghệ Laser Microjet

1) Cắt tấm (Dicing)

• Vật liệu: silicon (Si), silicon carbide (SiC), gallium nitride (GaN) và các tấm cứng/giòn khác

• Giá trị: thay thế lưỡi dao kim cương và giảm sứt mẻ

  • Sứt mẻ cạnh: 20 μm)

• Năng suất: tốc độ cắt có thể tăng ~30%

  • Ví dụ: SiC dicing lên đến 100 mm/s

• Stealth dicing: sửa đổi laser bên trong cộng với tách hỗ trợ bằng tia nước, phù hợp với các tấm siêu mỏng (< 50 μm)

•  

2) Khoan chip và Xử lý lỗ siêu nhỏ

• Khoan qua silicon (TSV) để IC 3D

• Gia công mảng lỗ siêu nhỏ nhiệt cho các thiết bị điện như IGBT

• Các thông số điển hình:

  • Đường kính lỗ: 10–200 μm

  • Tỷ lệ khung hình: lên đến 10:1

  • Độ nhám thành bên: Ra 2 μm)

3) Đóng gói tiên tiến

• Mở cửa sổ RDL: laser + tia nước loại bỏ lớp thụ động và lộ ra các miếng đệm

• Đóng gói cấp tấm (WLP): xử lý hợp chất đúc epoxy (EMC) cho các gói Fan-Out

• Ưu điểm: giảm cong vênh do ứng suất cơ học; năng suất có thể vượt quá 99,5%

4) Xử lý chất bán dẫn hợp chất

• Vật liệu: GaN, SiC và các chất bán dẫn dải rộng khác

• Các trường hợp sử dụng:

  • Xử lý rãnh/khía cổng cho các thiết bị HEMT: phân phối năng lượng được kiểm soát bằng tia nước giúp tránh sự phân hủy nhiệt GaN

  • Ủ laser: gia nhiệt cục bộ hỗ trợ bằng microjet để kích hoạt các vùng cấy ion (ví dụ: các vùng nguồn SiC MOSFET)

5) Sửa chữa và tinh chỉnh lỗi

• Hợp nhất/loại bỏ bằng laser các mạch dư thừa trong bộ nhớ (DRAM/NAND)

• Cắt tỉa mảng microlens cho các cảm biến quang học như ToF

• Độ chính xác: kiểm soát năng lượng ±1%; lỗi vị trí sửa chữa < 0.1 μm

Câu hỏi thường gặp | Thiết bị Công nghệ Laser Microjet (Hướng dẫn bằng tia nước)

Q1: Công nghệ laser microjet là gì?
A: Đó là một quy trình gia công vi mô laser lai trong đó một tia nước mỏng, tốc độ cao hướng dẫn một chùm tia laser thông qua phản xạ toàn phần bên trong, cung cấp năng lượng chính xác cho phôi trong khi cung cấp khả năng làm mát liên tục và loại bỏ các mảnh vụn.

Q2: Những ưu điểm chính so với xử lý laser khô là gì?
A: Giảm hư hỏng do nhiệt, ít nhiễm bẩn và lắng đọng lại, giảm nguy cơ oxy hóa và vết nứt siêu nhỏ, giảm thiểu độ côn của rãnh cắt và cải thiện chất lượng cạnh trên các vật liệu cứng và giòn.

Q3: Vật liệu bán dẫn nào phù hợp nhất để xử lý laser microjet?
A: Các vật liệu cứng và giòn như SiC và GaN, cũng như các tấm silicon. Nó cũng có thể được áp dụng cho các vật liệu dải rộng siêu rộng (ví dụ: kim cương, gallium oxide) và các đế gốm tiên tiến được chọn.